액체 질소를 이용한 Type C 모형 탱크의 적재율 별 BOG 계측 실험과 열저항 모델을 이용한 입열 분석

초록

본 논문은 극저온 액체(LNG, 액체수소) 저장 탱크를 대상으로 적재율 변화에 따른 BOG(Boil-Off Gas) 계측 실험과 예측을 다루고 있다. EPS 단열재로 둘러 쌓인 0.02 m3의 소형 Type-C tank Model scale의 BOG 계측 장비를 이용하여 적재율 변화에 따른 BOG 발생량을 계측하였다. 시험 탱크의 출구를 개방하여 정압 상태를 유지하였고, 탱크의 외부, 단열재 내?외부 등에 RTD 온도 센서를 부착하여 온도 변화를 계측하였으며, Load cell을 이용하여 질량 변화를 계측하였다. 먼저 액체질소를 주입하여 탱크 Cool-down을 수행하고, 50%, 65% 및 80%를 적재하여 완전 증발할 때까지 BOG의 변화를 계측하여 증발 이력을 계측하였다. 적재율 별로 시간 진전에 따른 BOG 발생 동향을 비교하여 적재율과 BOG의 관계를 분석할 수 있었으며, BOG 발생량으로부터 외부 입열 량을 추정하였다. 또한, BOG에 영향을 미치는 탱크 외부 및 내벽의 자연 대류 열전달 계수를 계산하고 대류 열전달이 BOG 발생에 미치는 열 유입량을 계산하였다. 계산된 대류 열전달의 유입량을 실험으로부터 추정한 열 유입량과 비교하여 대류 열전달의 기여도를 분석하였다. 마지막으로, FEM 해석을 통해 탱크 하부지지대를 통한 열전도의 기여도를 분석하였다. 궁극적으로 적재율 및 시간 진전에 따른 BOG 값을 계산하고 이를 실험 결과와 비교하여 대류 열전달에 의한 열 손실이 BOG에 미치는 영향을 분석하였다.